一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置及方法与流程

本发明属于电气装备，具体涉及一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置及方法。

背景技术：

1、目前，研究较多的环保绝缘气体是全氟异丁腈c4f7n气体。c4f7n气体的温室效应系数为2090，仅为sf6的9％，并且其绝缘性能是sf6气体的2.1倍，它有可能成为sf6的优良替代品。2015年德国汉诺威工业博览会上，阿尔斯通展示了世界上首台使用绿色气体g3(c4f7n气体与co2气体的混合气体)替代sf6设计的高压电气设备。2017年，我国“智能电网技术与装备”重点专项启动“环保型管道输电关键技术研究”项目，掌握了c4f7n气体的自主合成批量制备技术，研制出以c4f7n/co2混合气体绝缘的1000kv gil样机并通过带电考核试验。已有的研究涵盖了c4f7n气体的自主制备工艺、绝缘放电特性、气固相容性、燃弧特性、分解特性、毒性、液化温度、gwp、运维检测技术等多方面内容。

2、近年来，随着对c4f7n气体研究的深入，研究者发现在c4f7n/co2混合气体中加入o2可以有效抑制c4f7n气体放电分解，提升设备使用寿命，因此越来越多设备开始采用c4f7n/co2/o2三元混合气体的配方。2022年12月，国内首台c4f7n/co2/o2混合气体126kv gis在上海投运。

3、目前，对于sf6混合绝缘气体的比例检测，已经存在较为成熟的检测技术，sf6气体纯度分析仪在sf6混合气体比例检测方面应用广泛。但是对于新型环保绝缘气体的比例检测设备的研究仍处于起步阶段。目前，应用较多的c4f7n混合气体还没有系统的、准确的、具体的三元混合绝缘气体的检测方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置及方法，根据c4f7n、co2、n2、o2气体不同的导热率，通过试验检测和计算得到c4f7n三元混合气体中各个气体成分的比例。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置，包括分析装置、共用十通阀的第一检测装置以及第二检测装置；

4、所述十通阀，用于控制载气以及待测c4f7n三元混合绝缘气体样品流向，使得携带待测c4f7n三元混合绝缘气体样品的载气进入第一检测装置以及所述第二检测装置；

5、所述第一检测装置，用于分离出待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中的co2、n2以及o2，获得第一检测谱图；

6、所述第二检测装置，用于分离出待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中的c4f7n，获得第二检测谱图；

7、所述分析装置，用于分析所述第一检测谱图以及所述第二检测谱图，获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中co2、n2、o2以及c4f7n的比例。

8、优选的，所述十通阀包括样品入气孔、样品出气孔、第一载气入气孔以及第二载气入气孔，其中，第一载气以及第二载气均为h2；

9、在十通阀内部设置有用于控制载气以及待测c4f7n三元混合绝缘气体样品流量的第一定量环以及第二定量环。

10、优选的，所述第一检测装置包括第一柱箱、六通阀以及第一tcd检测装置；

11、所述第一柱箱，用于加热并分离出待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中的co2、n2以及o2；

12、所述六通阀，用于控制携带待测c4f7n三元混合绝缘气体样品的载气的流向；

13、所述第一tcd检测装置，用于获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中co2、n2以及o2的第一检测谱图。

14、优选的，所述第二检测装置包括第二柱箱以及第二tcd检测装置；

15、所述第二柱箱，用于加热并分离出待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中的c4f7n；

16、所述第二tcd检测装置，用于获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中c4f7n的第二检测谱图。

17、本发明还提供一种c4f7n三元混合绝缘气体比例检测方法，应用所述c4f7n三元混合绝缘气体比例检测装置实现气体比例检测，包括以下步骤：

18、获取待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图以及已知c4f7n三元混合气体比例的谱图；

19、对待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图进行分析，获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中各个气体在检测谱图中的峰面积；

20、采用外标法，将已知c4f7n三元混合气体比例的谱图作为模板，基于各个气体峰面积，获得各个气体初始比例；

21、将各个气体初始比例进行归一化，获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中各气体的最终比例。

22、优选的，所述待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图包括拼接的第一检测谱图以及第二检测谱图；

23、所述第一检测谱图，用于分析待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中co2、n2以及o2的比例；

24、所述第二检测谱图，用于分析待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中c4f7n的比例。

25、优选的，获取待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图的方法为：

26、将待测c4f7n三元混合绝缘气体样品进行气体分离；

27、基于载气与分离的各个气体不同的导热系数，获得tcd检测装置中热电阻的温度变化；

28、基于热电阻的温度变化，获得热电阻阻值变化；

29、基于热电阻阻值变化，使得由热电阻组成的电桥电路平衡被破坏，获得各个气体的电讯号；

30、基于各个气体的电讯号，获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图；

31、其中，所述待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图为电讯号强度随时间变化的曲线。

32、优选的，获得各个气体初始比例的方法为：

33、基于模板，获得各个气体的已知比例以及已知比例的峰面积，其中，已知比例以及已知比例的峰面积成过坐标轴零点的正比例关系；

34、获得待测c4f7n三元混合绝缘气体样品中各个气体初始比列的公式为：

35、样品中各个气体的初始比例＝(已知比例/已知比例的峰面积)*初始比例的峰面积。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

37、通过色谱柱分离后，根据c4f7n、co2、n2、o2气体不同的导热率，在tcd检测装置中进行检测，形成检测谱图，进行外标归一法计算后，可以得到未知比例的c4f7n三元混合绝缘气体中各个气体成分的比例。本发明提供的系统的、准确的、具体的检测装置以及方法可以应用于设备充气或检修过程，为后续其他三元混合绝缘气体的比例检测方法研究和设备研制提供理论依据。

技术特征：

1.一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置，其特征在于，包括分析装置、共用十通阀的第一检测装置以及第二检测装置；

2.根据权利要求1所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置，其特征在于，所述十通阀包括样品入气孔、样品出气孔、第一载气入气孔以及第二载气入气孔，其中，第一载气以及第二载气均为h2；

3.根据权利要求1所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置，其特征在于，所述第一检测装置包括第一柱箱、六通阀以及第一tcd检测装置；

4.根据权利要求1所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置，其特征在于，所述第二检测装置包括第二柱箱以及第二tcd检测装置；

5.一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测方法，应用权利要求1-4任一项所述的c4f7n三元混合绝缘气体比例检测装置实现气体比例检测，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测方法，其特征在于，所述待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图包括拼接的第一检测谱图以及第二检测谱图；

7.根据权利要求6所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测方法，其特征在于，获取待测c4f7n三元混合绝缘气体样品检测谱图的方法为：

8.根据权利要求5所述的全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测方法，其特征在于，获得各个气体初始比例的方法为：

技术总结本发明公开一种全氟异丁腈三元混合绝缘气体比例检测装置及方法，装置包括：十通阀，用于控制载气以及待测C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N三元混合绝缘气体样品流向；第一检测装置，用于分离出待测C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N三元混合绝缘气体样品中的CO<subgt;2</subgt;、N<subgt;2</subgt;以及O<subgt;2</subgt;，获得第一检测谱图；第二检测装置，用于分离出待测C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N三元混合绝缘气体样品中的C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N，获得第二检测谱图；分析装置，用于分析第一检测谱图以及第二检测谱图，获得待测C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N三元混合绝缘气体样品中CO<subgt;2</subgt;、N<subgt;2</subgt;、O<subgt;2</subgt;以及C<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;N的比例。本发明为后续其他三元混合绝缘气体的比例检测方法研究和设备研制提供理论依据。技术研发人员：张曼君,郑宇,唐念,郝东昕,李丽,孙东伟受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/18